[发明专利]基于液压变压器的液压挖掘机动臂回路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于液压挖掘机技术领域，具体涉及一种基于液压变压器的液压挖掘机动臂回路及其控制方法。 

背景技术

近年来，随着世界范围内资源短缺和环境污染等问题日益严重，液压挖掘机节能减排的研究已经成为了挖掘机行业发展的一个重要方向。液压挖掘机在工作过程中，动臂需要频繁的举升和下降，传统液压挖掘机都是通过改变多路阀的阀口面积来控制动臂的运动速度，这样就会存在很大的节流损失。而且还由于动臂在下降过程中存在着很大的重力势能，大部分重力势能都消耗在多路阀的阀口上，转化为热能，引起了系统的发热并造成了能量的浪费。 

如果这部分重力势能能够回收再利用，将很大程度上提高挖掘机的工作效率。目前，对液压挖掘机动臂势能回收方案主要有流量再生和混合动力两种方案。流量再生主要是在动臂液压缸回油油路上增加了流量再生阀，将一部分回油油液引回进油回路上，提高系统的工作效率。但是这种方案是基于节流调速技术，仍然存在着节流损失。 

现有混合动力技术包括油电混合动力技术和油液混合动力技术。油电混合动力技术一般是在动臂液压缸回油油路上串联液压马达，该液压马达与发电机同轴相联，通过液压马达驱动发电机将动臂的重力势能转化成电能存储到蓄电池或超级电容中，待动臂再次上升时，这部分电能驱动电动机做功，与发动机一起驱动液压泵工作，将电能转化为液压能。但是蓄电池或超级电容存在功率密度低，价格昂贵的缺点，同时能量回收经过了液压马达、发电机、蓄电池或超级电容、电动机等元件，能量转换的环节复杂，每个环节都会有能量损失。所以，油电混合动力技术成本高、能量回收效率低。油液混合动力技术主要是利用液压蓄能器作为储能元件，能量转换环节少。如专利CN101718107A中提出了一种基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压系统，但是其将恒压网络的高压网络始终与动臂液压缸的有杆腔连通，这样会使动臂液压缸有杆腔始终存在着很高的背压。在相同的外负载力作用下，要驱动动臂液压缸运动，要么增大动臂液压缸的活塞尺寸，要么增大动臂液压缸无杆腔的压力。前者会增大动臂液压缸的整体尺寸，后者会增大液压变压的尺寸，这样会导致系统的装机功率增加，生产成本增加。 

发明内容

本发明为解决现有技术的缺点和不足，而提出一种基于液压变压器的液压挖掘机动臂回路与控制方法，提高能量回收效率，降低生产成本。 

本发明目的是这样实现的，其特征是基于液压变压器的液压挖掘机动臂回路，它包括动力源1、先导油源2、低压网络3、高压网络4、液压变压器控制组件5、液压变压器6、第一安全阀7、液压变压器配流盘转角传感器8、第一电磁换向阀9、第一液控单向阀10、第一动臂液压缸11、第二动臂液压缸12、第二液控单向阀13、第二电磁换向阀14、第三电磁换向阀15、液压变压器转速传感器16、液压蓄能器17、第二安全阀18、控制器19、油箱20；各个元件的连接关系是： 

动力源1与高压网络4连接；高压网络4同时与液压变压器6的A口、第三电磁换向阀15的P口、液压蓄能器17的进出油口、第二安全阀18的进油口连接；低压网络3与油箱20连接；

先导油源2与用于控制液压变压器6配流盘转角的液压变压器控制组件5的进油口连接；

液压变压器6的B口同时与第一安全阀7的进油口、第一液控单向阀10的进油口连接；

第一液控单向阀10的出油口同时与第一动臂液压缸11的无杆腔的进出油口、第二动臂液压缸12的无杆腔的进出油口、第一电磁换向阀9的P口连接；第一液控单向阀10的控制口与第一电磁换向阀9的A口连接；

第二液控单向阀13的进油口与第三电磁换向阀15的A口连接；第二液控单向阀13的出油口同时与第一动臂液压缸11的有杆腔的进出油口、第二动臂液压缸12的有杆腔的进出油口、第二电磁换向阀14的P口连接；第二液控单向阀13的控制口与第二电磁换向阀14的A口连接；

第二安全阀18的出油口同时与液压变压器6的T口、第一安全阀7的出油口、第三电磁换向阀15的T口连接并接回低压网络3；

第一电磁换向阀9的T口、第二电磁换向阀14的T口分别与油箱20连接；

液压变压器配流盘转角传感器8和液压变压器转速传感器16固定在液压变压器内部； 

控制器19的控制端分别与液压变压器控制组件5的被控端、第一电磁换向阀9的电磁铁1Y、第二电磁换向阀14的电磁铁2Y、第三电磁换向阀15的电磁铁3Y的被控端连接；控制器19的接收端分别接收操作手柄的控制信号S、液压变压器配流盘转角传感器8的转角信号、液压变压器转速传感器16的转速信号；